肠道屏障健康与疾病的界面.ppt
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1、关于肠道屏障健康与疾病的界面现在学习的是第1页,共41页主要内容l肠屏障的结构组成l肠道通透性调节机制l肠屏障功能的评价l肠屏障破坏与疾病l肠屏障保护与预防l结论与展望现在学习的是第2页,共41页现在学习的是第3页,共41页现在学习的是第4页,共41页现在学习的是第5页,共41页现在学习的是第6页,共41页l非动水层非动水层 肠道上皮扩散屏障最外层的组分可以通过肠膜酶对底物水解的动力学积分曲面的分析来确定。最外层的大小可能受到官腔搅拌(luminal stirring)的影响,厚度大约有100-800m。该组分在许多营养物质和药物的运输过程中是限速的一步,尤其对脂溶性物质(通常在胶束中溶解后通
2、过这一层)。然而,在大分子的通透性中该层的作用依然未知,需进一步研究。l黏膜表面疏水性黏膜表面疏水性 黏膜表面疏水性是因为粘液上部的表面活性磷脂层,它覆盖在上皮上,是胃癌防御的的关键。然而,黏膜表面疏水性在小肠的和大肠中的生物学作用还远没被探索。现在学习的是第7页,共41页l胶粘剂黏液凝胶层(胶粘剂黏液凝胶层(Adhesive mucous gel layer)黏液凝胶涂层保护上皮茸毛免受物理摩擦,化学腐蚀和微生物的黏附。这也是一个重要的扩散屏障。然而,胶粘剂黏液凝胶层在肠道通透性中的作用还没有被完全弄懂。Iiboshi 等人表明,用N-乙酰半胱氨酸破坏老鼠的肠黏膜层,或用秋水仙素抑制杯状细胞
3、中的黏液物,能够显著增加黏膜的通透性。值得注意的是秋水仙素对肠道通透性的影响是多方面的,不仅仅局限于黏液物的减少。事实上,由于秋水仙素的使用造成的微管骨架网络的破坏也许是促进肠道通透性的一个重要因素。黏液凝胶涂层在完全肠外营养(TPN)的过程中也可被破坏,也许促进肠道的通透。现在学习的是第8页,共41页l上皮层上皮层 肠胃黏膜上皮本身是一个高度选择性屏障,它允许吸收的肠胃黏膜上皮本身是一个高度选择性屏障,它允许吸收的营养物质从肠腔进入血液循环以及限制潜在的毒性组分如营养物质从肠腔进入血液循环以及限制潜在的毒性组分如管腔微生物的代谢物(如内毒素)的通过。这个选择性的管腔微生物的代谢物(如内毒素)
4、的通过。这个选择性的规则还没有被完全明白。然而,分子大小(流体动力学半规则还没有被完全明白。然而,分子大小(流体动力学半径)和通透物质的理化性质也许在选择性上发挥主要作用。径)和通透物质的理化性质也许在选择性上发挥主要作用。上皮的通透有两种主要的路线:跨上皮物质和旁细胞上皮的通透有两种主要的路线:跨上皮物质和旁细胞上上皮屏障功能的完整性取决于健康的上皮细胞和功能正常的皮屏障功能的完整性取决于健康的上皮细胞和功能正常的旁细胞途径。旁细胞途径。现在学习的是第9页,共41页 旁细胞途径是一个复杂有序的结构,主要由上皮细胞间旁细胞途径是一个复杂有序的结构,主要由上皮细胞间的紧密连接所控制。该途径是肠道
5、对大分子物质(如细的紧密连接所控制。该途径是肠道对大分子物质(如细菌内毒素和其它微生物副产物)通透性的一个关键的调菌内毒素和其它微生物副产物)通透性的一个关键的调节者。这个受到严格控制的途径的生理机能还不完全清节者。这个受到严格控制的途径的生理机能还不完全清楚。然而,这种动态的通路在各种生理和病理条件下能楚。然而,这种动态的通路在各种生理和病理条件下能够改变大小。够改变大小。Madara表明,跨上皮阻力和(表明,跨上皮阻力和(TER)和紧密连接结构可)和紧密连接结构可通过通透负荷而迅速改变。内腔通透负荷,尤其在钠协通过通透负荷而迅速改变。内腔通透负荷,尤其在钠协同运输被激活时,能够增加老鼠空肠
6、对大分子物质的旁同运输被激活时,能够增加老鼠空肠对大分子物质的旁细胞通透性。此外,在摄入高渗透压溶液和及于饭相关细胞通透性。此外,在摄入高渗透压溶液和及于饭相关的溶解物如葡萄糖后,肠道的通透性增加。这也许能够的溶解物如葡萄糖后,肠道的通透性增加。这也许能够增强小肠吸收养分的能力。增强小肠吸收养分的能力。现在学习的是第10页,共41页 对上皮细胞和旁细胞途径必不可少的主要结构之一是细胞中称作细胞骨架的一种复杂的蛋白丝结构。细胞骨架不仅是必不可少的旁细胞途径,但也是维持正常结构,运输和包括胃肠上皮在内的所有真核细胞功能完整的关键。因此,细胞骨架是维护肠屏障功能的一个重要结构。细胞骨架包括三种类型的
7、蛋白质纤维:微丝,微管和中间纤维。毫不奇怪,微管的破坏(如用秋水仙素或抗有丝分裂的药物),会严重限制细胞的功能,破坏肠道屏障的结构完整性。肌动蛋白在肠屏障的完整性和肠道紧密连接环的调节中也发挥重要作用。屏障功能障碍与氧化剂导致的肌动蛋白破坏有关。现在学习的是第11页,共41页 旁细胞途径允许许多分子从内腔一侧进入细胞,从浆膜一侧出去。它在肠通透性调节中同样十分重要。利用辣根过氧化物酶,在动物模型研究表明,肠通透性的增加与上皮内体的数量和大小有关。而且,Berin等人最近表明,在他们的老鼠模型中,抗原致敏增加了肥大细胞跨细胞途径的独立性,而这又引发了肥大细胞活化,然后通过肥大细胞依赖的旁细胞途径
8、增加了肠通透性。跨细胞途径的调节机制还需要研究。现在学习的是第12页,共41页l下层结缔组织下层结缔组织 该组分在肠通透性中的作用还不完全清楚。该组分在肠通透性中的作用还不完全清楚。Ghandehari 等人表明肠对大分子物质的总通透等人表明肠对大分子物质的总通透性不受下层结缔组织的影响。然而,该组分也许性不受下层结缔组织的影响。然而,该组分也许通过调节上皮而影响肠通透性。例如,脂多糖通过调节上皮而影响肠通透性。例如,脂多糖(LPS)能够降低)能够降低TER,松散紧密连接和增加上,松散紧密连接和增加上皮渗透性,但是这只是在固有层成纤维细胞释放皮渗透性,但是这只是在固有层成纤维细胞释放的调节物存
9、在的情况下才会发生。的调节物存在的情况下才会发生。现在学习的是第13页,共41页l 内皮屏障内皮屏障 毛细管内皮屏障可能在维持肠屏障功能中发挥重毛细管内皮屏障可能在维持肠屏障功能中发挥重要作用。要作用。Sun等人研究表明,内皮受损与内皮和上皮渗透等人研究表明,内皮受损与内皮和上皮渗透性的增加有关。此外,内皮屏障功能障碍与血液性的增加有关。此外,内皮屏障功能障碍与血液中中pH降低有关。这也许是危重病人及那些内脏降低有关。这也许是危重病人及那些内脏微循环显著降低的人(如发生急性胰腺炎的人)微循环显著降低的人(如发生急性胰腺炎的人)的肠屏障功能破坏的发病机理的一个因素。的肠屏障功能破坏的发病机理的一
10、个因素。现在学习的是第14页,共41页l血流血流 充足的灌注是所有重要细胞发挥功能的先决条件。充足的灌注是所有重要细胞发挥功能的先决条件。因此,毫不奇怪,肠道屏障的完整性取决于足够的因此,毫不奇怪,肠道屏障的完整性取决于足够的粘膜灌注。粘膜灌注。充足的血液供应提供营养和氧气,细胞用它们为各充足的血液供应提供营养和氧气,细胞用它们为各种细胞功能提供能量(种细胞功能提供能量(ATP)。老鼠模型中,肠道)。老鼠模型中,肠道通透性和组织通透性和组织ATP水平显示了强烈的负相关性。而水平显示了强烈的负相关性。而且,灌注还允许有害组分如氧自由基的快速清除,且,灌注还允许有害组分如氧自由基的快速清除,氧自由
11、基能够损坏防御结构。研究表明,老鼠在失氧自由基能够损坏防御结构。研究表明,老鼠在失血性休克恢复后肠道通透性增加。血性休克恢复后肠道通透性增加。现在学习的是第15页,共41页二、肠道通透性调节机制二、肠道通透性调节机制l肠道通透控制的机制尚未完全确定。如前所述,一些结构参与了肠通透性,显然,这些结构的任何变化都会影响肠道通透性。最近的研究提供了上皮内途径在骨架结构和肠道通透性调节中的作用的新知识。(如图2,3)现在学习的是第16页,共41页现在学习的是第17页,共41页现在学习的是第18页,共41页l肥大细胞(肥大细胞(MC)肥大细胞是肠道通透性调解的基石。肥大细胞在脱颗粒调节的肥大细胞是肠道通
12、透性调解的基石。肥大细胞在脱颗粒调节的众多的生物过程中(包括血液流量调节,上皮细胞和内皮细胞众多的生物过程中(包括血液流量调节,上皮细胞和内皮细胞通透性,粘膜分泌,胃肠道蠕动,免疫反应,血管形成)释放通透性,粘膜分泌,胃肠道蠕动,免疫反应,血管形成)释放物质。对物质。对MC缺陷的老鼠的研究有助于确定缺陷的老鼠的研究有助于确定MC在生物学过程中的在生物学过程中的作用。肥大细胞通过释放细胞因子,尤其是肿瘤致死因子作用。肥大细胞通过释放细胞因子,尤其是肿瘤致死因子(TNF-),在细菌感染中有重要保护作用。在生理和病理条件),在细菌感染中有重要保护作用。在生理和病理条件下,肥大细胞介体在胃肠通透性调节
13、中也发挥着显著的作用。这下,肥大细胞介体在胃肠通透性调节中也发挥着显著的作用。这些细胞不仅通过表面绑定的些细胞不仅通过表面绑定的IgE接触到特定的抗原而激活,而且能接触到特定的抗原而激活,而且能中断大脑中断大脑肠轴效应器。肠轴效应器。现在学习的是第19页,共41页 MC及MC介体影响胃肠道的分子机制还不完全清楚。蛋白酶激活受体是胃肠道中广泛分布的一个受体。它调节离子在空肠的分泌,调节结肠肌细胞和肠道蠕动,并增加细胞内钙和肠花生酸类。这些受体是否也参与了肠通透性尚未见报道。MC细胞释放的组胺也能够改变粘膜血流量和血管内皮通透性。现在学习的是第20页,共41页l胞内途径胞内途径 胞内介质在调节肠道
14、渗透性中扮演各种角色。通过调节上皮细胞和微循环,胞内介质在调节肠道渗透性中扮演各种角色。通过调节上皮细胞和微循环,一氧化氮一氧化氮(NO)在调节胃肠道正常的生理功能上似乎是一个重要的介质。一氧化氮是)在调节胃肠道正常的生理功能上似乎是一个重要的介质。一氧化氮是不稳定的自由基,由不稳定的自由基,由L精氨酸通过精氨酸通过NO合成酶合成酶(NOS)产生,在有氧气的情况下,产生,在有氧气的情况下,它迅速转化为稳定的物质:亚硝酸盐和硝酸盐。它迅速转化为稳定的物质:亚硝酸盐和硝酸盐。一氧化氮合成酶的两个主要亚型已经确定。一个,一氧化氮合成酶的两个主要亚型已经确定。一个,cNOS,是钙离子依赖性的组,是钙离
15、子依赖性的组成型活性异构体。另一个,成型活性异构体。另一个,iNOS,是钙离子独立的诱导型异构体。,是钙离子独立的诱导型异构体。cNOS和和iNOS在肠中都已经被发现了。在炎性细胞中发现在肠中都已经被发现了。在炎性细胞中发现iNOS,它的合成和活性由内,它的合成和活性由内毒素,细胞因子,乙醇诱导产生(图毒素,细胞因子,乙醇诱导产生(图2)。几个体内和体外研究表明,低水平的)。几个体内和体外研究表明,低水平的NO(通常是由(通常是由cNOS合成的)在维持黏膜屏障功能正常中很重要。然而,由合成的)在维持黏膜屏障功能正常中很重要。然而,由iNOS产生的过量的产生的过量的NO已被确定为是肠屏障功能异常
16、的主凶。已被确定为是肠屏障功能异常的主凶。NO过量产生导致肠屏障功能紊乱的机制是复杂的和多因素的。包括蛋白质过量产生导致肠屏障功能紊乱的机制是复杂的和多因素的。包括蛋白质氧化,硝化,氧化,硝化,S-亚硝基,亚硝基,cGMP的活化和细胞能量的消耗。表皮生长因子和的活化和细胞能量的消耗。表皮生长因子和其他上皮酶影响肠道通透性以后再讨论。其他上皮酶影响肠道通透性以后再讨论。现在学习的是第21页,共41页l遗传遗传 遗传和环境在疾病发病方面的作用一直争论不断。遗传和环境在疾病发病方面的作用一直争论不断。遗传在肠屏障功能和结构中有着复杂的作用,我们遗传在肠屏障功能和结构中有着复杂的作用,我们对它在肠屏障
17、功能障碍发病中的作用的知识几乎是对它在肠屏障功能障碍发病中的作用的知识几乎是零。许多遗传性免疫缺陷可能会影响肠屏障功能。零。许多遗传性免疫缺陷可能会影响肠屏障功能。有两种研究,一种研究结果支持肠通透性由遗传决有两种研究,一种研究结果支持肠通透性由遗传决定,一种支持肠通透性由环境决定。定,一种支持肠通透性由环境决定。现在学习的是第22页,共41页l细菌菌群 肠道菌群和肠屏障的相互作用也许参与了肠通透性的变化。Garcia-Lafuente等人表明用混有菌群的老鼠结肠片段通过手术接到结肠上,导致了肠通透性的增加。不仅细菌的存在,它们的组成同样影响肠屏障功能。包括大肠杆菌,肺炎克雷伯菌和草绿色链球菌
18、的某些共生细菌能够显著增加肠道通透性,而乳酸杆菌则有相反的效果,降低通透性。目前还不清楚肠道通透性这些变化是细菌的直接作用还是免疫系统反应的结果。现在学习的是第23页,共41页l饮食饮食 饮食怎样影响肠屏障功能是一个重要的问题。以饮食怎样影响肠屏障功能是一个重要的问题。以目前的知识,还不能简单的回答。目前的知识,还不能简单的回答。辛辣调料影响肠道细胞单分子层通透性。辛辣调料影响肠道细胞单分子层通透性。对老鼠喂养二糖,尤其是乳糖,增加了空肠对大对老鼠喂养二糖,尤其是乳糖,增加了空肠对大分子的通透性。分子的通透性。蛋白质缺乏而导致的恶性营养不良与蛋白质缺乏而导致的恶性营养不良与149个病人个病人肠
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